prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D.

1. Dynamika proudění a distribuce kapaliny v rotujícím loži na zachycení CO2.

   Experimentálně a počítačově studovat vliv přívodu kapaliny na vnitřním povrchu rotujícího prstence v rotujícím loži vyplněném porézní hmotou (různé typy drátěné sítě) na rozložení kapaliny uvnitř síta. Rotující lože je určeno k vyvození velké odstředivé síly, která přispívá k intenzivnějšímu rozstřiku kapaliny uvnitř síta a k vytvoření velkého mezifázového rozhraní mezi kapalinou a plynem, který proudí v protisměru sítem. Studie se zaměří na různé způsoby rozstřiku kapaliny (trysky s různým spektrem velikostí kapek, různou orientací, různým kuželem spreje, plochým, plným a pod) a vlivu počtu otáček a velikosti odstředivé síly na rozložení kapaliny uvnitř síta, resp. na korelaci mezi charakterem vstupní kapaliny a charakterem kapalné fáze na výstupu z rotujícího prstence. Na základě těchto korelací bude analyzována optimální distribuce kapaliny.

   Školitel: Jícha Miroslav, prof. Ing., CSc.

2. Energeticky úsporné dvoumédiové atomizéry pro účinné odstraňování CO2 a NOx z produktů spalování

   Trvale rostoucí nároky na energii spolu s nízkou dostupností alternativních a obnovitelných technologií a nutností zachování energetického mixu vyžadují stále využívání fosilních paliv. Následkem jejich spalování je globální problém emisí skleníkových plynů (CO2 a NOx). Zachytávání plynů vzniklých spalováním je jednou z metod snižování globálního oteplování. Motivací práce je tedy rostoucí tlak na snižování emisí skleníkových plynů, kdy nově vyvinutá technologie přinese důležité inovace procesů relevantních s ohledem na zaměření naší ekonomiky, uspoří výdaje na dodatečné úpravy stávajících technologií a zefektivní nová zařízení. Práce je zaměřena na vývoj dvou-mediového atomizéru pro rozstřik vodního roztoku amoniaku, který odstraňuje CO2 ze spalin chemickým absorpčním procesem. Východiskem je systematická analýza vhodných metod rozstřiku kapalin typu air-asist s nízkou spotřebou rozprašovacího plynu a konstrukční návrh pokročilé konstrukce atomizéru. Jeho vývoj umožní účinné využití roztoku a sníží provozní náklady procesu čištění spalin. Tento atomizér najde další aplikace vyžadující nízkou spotřebu rozprašovacího plynu a vysokou účinnost rozprašování. Pro zvýšení účinnosti a snížení spotřeby aplikačních kapalin ve sprejových kolonách je důležité hluboké pochopení procesu směšování spreje se spalinami, interakcí kapiček s plynem a jejich odpařování. Tyto úkoly budou řešeny kombinací přístupu výpočetních simulací a experimentu. Výpočetní modely umožní predikovat transport spreje se spalinami a průběh jejich interakce, dále budou podporou pro pochopení dějů při směšování kapaliny a plynu v trysce. Umožní návrh účinných trysek a efektivní absorpční proces. Práce bude řešena s finanční podporou projektu Česko-Indické spolupráce č. LTAIN19044 programu INTER-EXCELLENCE, podprogramu INTER-ACTION.

   Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.

3. Metody energeticky efektivního tepelného managementu kabin dopravních prostředků

   Téma je zaměřeno na výzkum a vývoj metod a postupů umožňujících optimální tepelný management kabin dopravcích prostředků. Hlavní kontrolní parametry budou vycházet z požadavků na tepelný komfort, distribuci tepla/chladu, kvality vzduchu, služby kabiny (defrost, defog) a aktivní řízení technologií, které tyto služby zajišťují. Jako hlavní experimentální nástroj se předpokládá využití vybavení a systémů laboratoře klimatické komory, OTTP, FSI.

   Školitel: Jícha Miroslav, prof. Ing., CSc.

4. Pokročilé matematické metody pro řešení inverzních úloh přenosu tepla

   V počítačovém modelování mnoha technických aplikací zahrnujících přenos tepla a látky je zapotřebí inverzně charakterizovat termofyzikálních vlastnosti a/nebo počáteční a okrajové podmínky z tepelného chování systému v čase. Téma je zaměřeno na aplikaci pokročilých matematických metod, např. neuronových sítí a umělé inteligence, pro řešení těchto inverzních úloh. Problematika je provázána s aktuálně řešenými projekty (ukládání tepelné energie a výroba oceli) a na související téma je připravován projekt základního výzkumu.

   Školitel: Klimeš Lubomír, doc. Ing., Ph.D.

5. Přenos a strategie distribuce tepla v energetických systémech EV vozidel.

   Téma je zaměřeno na výzkum systémů a metod zajišťující přenos a distribuci tepla ve vozidlech s elektrickým pohonem. Bližší zaměření bude cíleno na výzkum strategií přenosu a distribuce tepla vznikajícího při provozu akumulátorů a dalších systémů v různých provozních stavech vozidla (jízda, rychlodobíjení, běžné dobíjení, stání) a využití tohoto tepla pro další účely (komfortní služby kabiny atd.)

   Školitel: Jícha Miroslav, prof. Ing., CSc.

6. Výpočtový model přenosu tepla a látky pro primární chladicí zónu plynulého odlévání oceli

   Tepelné chování oceli v krystalizátoru - primární chladicí zóně plynulého odlévání oceli - zásadním způsobem ovlivňuje kvalitu a vlastnosti odléváné oceli. Mnoho simulačních nástrojů pro plynulé odlévání oceli ale z důvodu výpočetní náročnosti některé jevy zanedbává. Téma je zaměřeno na vývoj počítačového modelu přenosu tepla a látky v krystalizátoru a části sekundární chladicí zóny, který bude zohledňovat proudění taveniny, oscilační pohyb krystalizátoru a elektromagnetické míchání. Problematika je provázána s aktuálně řešeným projektem základního výzkumu.

   Školitel: Klimeš Lubomír, doc. Ing., Ph.D.

7. Výzkum vnitřního proudění a spreje u nových modifikací tlakových vířivých trysek s obtokem

   Motivace a cíle Tlakové vířivé trysky s obtokem (TVTsO) jsou neprávem opomíjené zařízení vhodné pro rozprašování kapalin pro specifické, dnes vyžadované podmínky, např. pro velký rozsah průtoků, nízké tlaky, vysokou viskozitu kapalin nebo velmi nízké průtoky. TVTsO jsou mnohem méně prozkoumané než trysky simplexní, a to zejména v aplikačně relevantních podmínkách (teploty a tlaky blízké spalovací komoře, příčné nebo souproudé proudění). Kvantifikace a charakterizace geometrických a kinematických charakteristik rozhraní mezi plynem a kapaliny během procesu tvorby spreje zůstává významnou výzvou při zkoumání vnitřního proudění, výtoku a tvorby kapalného filmu a primární / sekundární atomizace. Současný pokrok v optických diagnostických metodách i v CFD (computational fluid dynamics) simulacích umožňují kvalitativní zlepšení našich znalostí. Experimenty prováděné za takto specifických podmínek budou vyžadovat úpravu současné experimentální infrastruktury a zlepšení nastavení optických diagnostických systémů spolu s vývojem a validací nových metodik pro analýzu dat a charakterizaci proudění směsi kapalina-plyn. Cílem doktorského studia je objasnit procesy u TVTsO pro použití v spalovacích turbínách a vysvětlit vliv reálných podmínek na vývoj spreje. Doktorand se zaměří na několik hypotéz, u nichž nelze nalézt žádné dostupné údaje, jsou nedostatečné, nebo různí autoři poskytují protichůdné závěry: - Vnitřní uspořádání a tvar konvergentní části vířivé komory mají vliv na vnitřní tok a tvorbu kapalného filmu za tryskou. - Přítomnost vnějšího příčného / souproudého proudění vyvolává turbulence a ovlivňuje délku primárního rozpadu kapaliny a výslednou kvalitu spreje. Přístupy a metody Doktorand využije stávající know-how a metody vyvinuté v laboratoři sprejů. Proudění plynu a kapaliny a jejich rozhraní budou vizualizovány vysokorychlostní kamerou, fotogrammetrickými metodami a PIV algoritmy. Proudové pole uvnitř trysky a v kapalném filmu bude zkoumáno pomocí tzv. vložených částic, přičemž se použije několik předpokladů a zjednodušení. Kombinace trajektorie pohybu částic a modelových předpokladů umožní plně popsat jejich kinematiku částic a sledováním souboru částic bude odhadnuto vnitřní proudění a popsáno proudové pole. Dopplerovské metody poskytnou přímé kvantitativní údaje o rychlosti a velikosti částic. Pokročilé experimenty v kombinaci s metodami výpočtové mechaniky proudění (CFD) a analytickými přístupy budou použity k zjištění vlastností vnitřního toku a spreje a umožňují lepší pochopení vazby mezi rychlostí rozhraní a geometrií. Poznámka: Experimentální vybavení je k dispozici na pracovišti odboru Termomechaniky a techniky prostředí EÚ FSI. Po dobu svého studia bude student zapojen do výzkumných projektů specifického výzkumu, projektů základního výzkumu Grantové agentury České republiky apod.

   Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.